HIDRAULICA__TRABAJO_Nro__2 (1).pdf

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA”
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
1
[Fecha]
HIDRAULICA URBANA I
INTEGRANTES
_ NOA PEÑA, JOSE ALONSO
_TACAS CHAUPIN ALEXANDER
_ PACOMPIA CALDERÓN ERICK
MIGUEL
DOCENTE: RAMOS LEGUA JOSE
MIGUEL

2
[Fecha]
Dedicatoria
Este trabajo va dedicado a
nuestros familiares, amigos y
demás personas que están
apoyándonos en cada
momento de nuestras vidas,
dentro y fuera de la
universidad. Así como también
a nuestros docentes, por las
lecciones impartidas en el
salón de clase.
El grupo.

3
[Fecha]
INDICE
CARATULA……………………………………………………………………………….1
DEDICATORIA……………………………………………………………………………2
INDICE……………………………………………………………………………………..3
INTRODUCCION………………………………………………………………………………….4
OBJETIVOS..............................................................................................................................5
1) OBJETIVO GENERAL.....................................................................................................5
2) OBJETIVOS ESPECIFICOS ..........................................................................................5
1) MARCO TORICO .............................................................................................................6
2) DATOS GENERALES DE DISEÑO ..............................................................................7
3) PRESIONES DE DISEÑO ........................................................................................... 11
4) COMPONENTES DE LA LINEA DE CONDUCCION……………………………………...13
1) MATERIALES ................................................................................................................ 14

4
[Fecha]
INTRODUCIÓN
La línea de conducción es un conjunto integrado por tuberías y dispositivos de
control, que permiten el transporte del agua en condiciones adecuadas de calidad,
cantidad y presión desde la fuente de abastecimiento, hasta el sitio dondeserá
distribuida.
Teniendo en consideración las pérdidas de presión en el diseño de cualquier
tubería. Aunque existen innumerables fuentes de pérdida de presión a lo largo
de las tuberías, éstas se pueden dividir para su estudio en pérdidas mayores o
de fricción y en pérdidas menores o localizadas.
Para el diseño de líneas de conducción de agua se calculan siguiendo varios
procedimientos existentes. Su diseño en general consiste en definir el diámetro en
función de las pérdidas de carga, a partir del gasto que se conducirá y el material
de la tubería. Las pérdidas de carga, se obtienen aplicando las ecuaciones de
Darcy Weisbach, Scobey, Manning o Hazen-Williams. Se pueden presentar dos
condiciones de operación de la tubería, por bombeo o gravedad. Pero para los
propósitos del presente informe solo se analiza la presión dada por la gravedad,
es decir, por la diferencia de elevación.

5
[Fecha]
OBJETIVOS
1) OBJETIVO GENERAL.
• Realizar el diseño hidráulico (dinámico) de la línea conducción de agua
para consumo humano.
2 OBJETIVOS ESPECIFICOS:
• Determinación de los diámetros comerciales para el diseño de
laconducción.
• Determinación del gradiente hidráulico para cada uno de los
diámetrosde la tubería.
• Diseñar la línea de conducción por gravedad.

6
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MARCO TEORICO
1) MARCO TORICO:
Se entiende por línea de conducción al tramo de tubería que transporta agua
desde la captación hasta la planta potabilizadora, o bien hasta el tanque de
regularización, dependiendo de la configuración del sistema de agua potable.
Una línea de Conducción debe seguir, en lo posible, el perfil del terreno y debe
ubicarse de manera que pueda inspeccionarse fácilmente. Esta puede
diseñarse para trabajar por gravedad o bombeo.
Para que se utilice la distribución por gravedad, es necesario que la fuente
de suministro, sea un lago o un embalse, este situado en algún puntoelevado
respecto a la ciudad, de manera que pueda mantenerse una presiónsuficiente
en las tuberías principales. Este
método es el mas aconsejable si la conducción que une la fuente con la ciudad
es de tamaño adecuado y esta bien protegida contra roturas accidentales.
Cuando las condiciones de terreno o el gasto necesario del suministro de agua
no permiten el diseño de la línea de conducción por gravedad, se utilizael
bombeo, teniendo dos variantes.
La primera es utilización de bombas, mas el almacenado de cierta cantidad
de agua. En general, cuando se emplea este método, el exceso de agua se
almacena en un tanque elevado durante los periodos de bajo consumo.
Durante los periodos de alto consumo el agua almacenada se utiliza para
aumentar la suministrada por la bomba. Este sistema permite obtener un
rendimiento uniforme en las bombas y, por lo tanto es económico, ya que se
puede hacer trabajar a las bombas en condiciones óptimas. Por otra parte,
como el agua almacenada proporciona una reserva que puede utilizarse en
los casos de incendio y cuando se producen averías en las bombas, este
método de operación proporciona una amplia seguridad.

7
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2) DATOS GENERALES DE DISEÑO:
Para el diseño de una línea de conducción es necesario la localización de las
fuentes de abastecimiento y las descargas, el clima, los medios de
comunicación al lugar y usos del agua.
Para el diseño de una línea de conducción se requiere de un plano
topográfico, mostrando plantas y elevaciones. Para lo que es necesariodefinir,
mediante una selección de alternativas.
La ruta sobre la que se efectuará el trazo de la línea. Para definir cotas,
distancias y posibles afectaciones, sobre el derecho de vía propuesto, el
proyectista podrá ayudarse de las cartas topográficas.
3) PRESIONES DE DISEÑO:
Las líneas de conducción son ductos que siguen la topografía del terreno y
trabajan a presión.
Al diseñar una línea de conducción por gravedad, uno debe de tener muy
en cuenta el cálculo de la línea piezométrica (línea de energía) y la línea de
gradiente hidráulico (presión+ elevación.). Pues se debe cuidar que la línea
de gradiente hidráulico se encuentre siempre por encima del eje de la tubería,
evitando así presiones negativas en la línea.
Otro factor muy importante a tomarse en cuenta es la selección de la tubería
para la línea de conducción, esta debe soportar la presión más alta que pueda
presentarse en la línea de conducción. Generalmente la presión más alta no
se presenta cuando el sistema está en operación, sino cuando la válvula de
salida se encuentra cerrada y se desarrollan presioneshidrostáticas. También
las presiones pueden elevarse mucho cuando se presenta un golpe de ariete
(por cierre súbito de una válvula o porque una bomba deja de funcionar) que
genera una sobrepresión.

8
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COMPONENTES DE UNA LINEA DE CONDUCIÓN
1) MATERIALES:
1.1 TUBERIAS:
en el mercado disponemos de una serie de tuberías según la NTP
399.02 utilizadas en el sistema de agua potable de diferentes clase
como: C5,C7.5,C10,C10. Y de diferentes composiciones como:
• Fierro Galvanizado fibrocemento
• concreto pre esforzado.
• cloruro de polivinilo (PVC)
• hierro dúctil
• polietileno de alta densidad.
1.2 ACCESORIOS (PIEZAS ESPECIALES):
• Juntas
• Carretes.
• Extremidades.
• Tees.
• Cruces.
• Codos.
• Reducciones.
• Coples.
• Tapones.
• tapas
1.3 VALVULAS:
• Válvula eliminadora de aire
• Válvula de admisión y expulsión de aire
• Válvula de no retorno
• Válvula de seccionamiento
1.4 CONTROLES.
• Torre de oscilación.
• Válvulas reguladoras de presión.
• Caja rompedora de presión

9
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1.2.1) ACCESORIOS
a) Válvulas de aire
Su función principal consiste en expulsar el aire cuando ocurre el llenado de la
tubería. Durante la operación del acueducto pueden producirse acumulaciones de
burbujas. La falta de válvulas de extracción de aire puede afectar la operación de
los emisores de agua para riego.
En las líneas de conducción por gravedad y/o bombeo, se colocarán válvulas
extractoras de aire cuando haya cambio de dirección en los tramos con pendiente
positiva. En los tramos de pendiente uniforme se colocarán cada 2.0 km como
máximo.
Si hubiera algún peligro de colapso de la tubería a causa del material de la misma y
de las condiciones de trabajo, se colocarán válvulas de doble acción (admisión y
ex pulsión). El dimensionamiento de las válvulas se determinará en función del
caudal, presión y diámetro de la tuberia.
B) Válvula de purga
La válvula de purga continua o purga de superficie es la que remueve una cierta
porción del agua de caldera en forma continua o periódica, con el objetivo de
mantener la concentración de TDS dentro de los límites admisibles.
Se colocará válvulas de purga en los puntos bajos, teniendo en consideración la
calidad del agua a conducirse y la modalidad de funcionamiento de la línea. Las
válvulas de purga se dimensionarán de acuerdo a la velocidad de drenaje, siendo
recomendable que el diámetro de la válvula sea menor que el diámetro de la tubería.
b) Cámara rompe-presión
La válvula reductora de presión, a veces también llamada reguladora de presión (ver
válvulas reguladoras de presión) es una válvula de control hidráulico cuya consigna
es reducir una elevada presión aguas arriba de la válvula a un valor menor constante
aguas abajo de la misma, independientemente de las variaciones de presión aguas
arriba y de las variaciones del flujo o de la demanda en la línea.

10
[Fecha]
2) 6.- CAUDAL DE DISEÑO
El gasto con el que se diseña la línea de conducción, se obtiene en función del
gasto de diseño requerido, así como del gasto disponible que pueden proporcionar
las fuentes de abastecimiento. Es importante conocer los gastos que pueden
proporcionar las fuentes de abastecimiento, sus niveles del agua y el tipo de fuente
(galería filtrante, manantial, presa, etc).
Para aplicar las fórmulas de gasto esto varía dependiendo si son aguas
superficiales o no son aguas superficiales.
En este caso tendremos la siguiente formula de Caudal de diseño que aplica lo
siguiente:
En donde:
Qd = Caudal de diseño
Pd= Población de diseño
Do= dotación (lt/hab/dia), puede variar según el localidad, cotas, climas,
etc.
K1= 1.3 (tanto para poblaciones urbanas y rurales)
ALCANSES:
➢ En una línea de conducción por gravedad, donde el gasto de la fuente de
abastecimiento sea mayor o igual al gasto máximo horario, no es necesario
construir un tanque de amortiguamiento o regulación.
➢ En este caso la línea de conducción se diseña para el gasto máximo horario,
considerando a ésta como si fuera una línea de alimentación, que abastece
del tanque de amortiguamiento a la red de distribución.
➢ Cuando el gasto de la fuente de abastecimiento es menor al gasto máximo
horario, es necesario construir un tanque de amortiguamiento o regulación.

11
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3) Tuberías
a) Para el diseño de la conducción con tuberías se tendrá en cuenta las
condiciones topográficas, las características del suelo y la climatología de la zona
a fin de determinar el tipo y calidad de la tubería.
b) La velocidad mínima no debe producir depósitos ni erosiones, en ningún caso
será menor de 0,60 m/s locidad máxima admisible será:
➢ En los tubos de concreto 3 m/s
➢ En tubos de asbesto cemento, acero y PVC5 m/s
➢ Para otros materiales deberá justificarse la velocidad máxima
admisible.
c) Para el cálculo hidráulico de las tuberías que trabajen como canal, se
recomienda la fórmula de Manning, con los siguientes coeficientes de rugosidad:
➢ Asbesto-cemento y PVC 0,010
➢ Hierro Fundido y concreto 0,015
➢ Para otros materiales deberá justificarse los coeficientes de
rugosidad.
d) Para el cálculo de las tuberías que trabajan con flujo a presión se utilizarán
fórmulas racionales. En caso de aplicarse la fórmula de Hazen y Williams, se
utilizarán los coeficientes de fricción que se establecen en la Tabla N°1
1. Para el caso de tuberías no consideradas, se deberá justificar técnicamente el
valor

12
[Fecha]
CONDUCCION:
Un sistema de conducción por gravedad es aquel que permite que se transporte el
agua desde el punto de captación de la fuente hasta el tanque de almacenamiento,
sin un bombeo mecanizado y en condiciones seguras e higiénicas; en caso de que
la fuente no cumpla con los requerimientos físicos, químicos y bacteriológicos
entonces dentro de la longitud del sistema se incluye una planta de tratamiento. La
característica principal de estos sistemas es que la fuente está localizada en una
posición más alta que aquella donde está la comunidad que hará uso del agua

IV.-MEMORIA DE CÁLCULO
ΔH L(m) P(hab) LOCALIDAD SUELO INICIO LLEGADA P.
CRITICO
100 890 6000 UCAYALI ARENA
ARCILLOSA
GALERIA
FILTRANTE
CAJA
DISTRIBUCION
1
POBLACION
De acuerdo a los datos nuestra población de diseño será de 6000 habitantes
DOTACION
Se tomará una dotación de 220 lt/s según el EPS.
MATERIAL A UTILIZAR
Se utilizará tubería PVC según la norma NTP ISO 1452. Considerando el suelo arena arcillosa
MEMORIA DE CALCULO
✓ Población de diseño (Pd) =6000 habitantes
✓ Desnivel de la línea (∆𝐻) = 100 metros (m)
✓ Longitud acumulada = 890 metros (m)
✓ Cota = 120 m.s.n.m
✓ Dotación = 220 lts/hab/día
✓ Clase de la tubería = c-10
890
GALERIA FILTRANTE
CAJA
DISTRIBUCION

❖ CONSIDERACIONES:
K1=1.3
Q𝑑 = 𝑄𝑃 𝑥 𝑘1
𝑄𝑑 =
ℎ𝑎𝑏. 𝑥 𝑑𝑜𝑡.
86400
𝑄𝑝 =
6000 𝑥220
86400
𝑄𝑝 = 15.277𝑙/𝑠
Entonces;
𝑄𝑝 = 16 𝑙/𝑠
𝑄𝑑 = 16 𝑥 1.3
𝑄𝑑 = 20.8 𝑙/𝑠

Para nuestro primer intento, realizaremos el cálculo directo,
desde la captación hastael almacenamiento, se utilizará el método de los
diámetros combinados.
CALCULO PRIMER INTENTO
TIPO DE CLASE DE MATERIAL DIÁMETRO ECONÓMICO:
MATERIAL: PVC CLASE: 10
Hallamos “a”:
∆H.
a =
L ∗ Qd1.852
Dónde: ∆H = 100
L = 890m
Qd = 20.8 lts/seg
Reemplazamos:
100
a =
890 ∗ 20.81.852
a = 4.06963 × 10–4
𝑎 = 0.40696𝑥10−3

De este coeficiente de rugosidad obtenemos ∅1 y ∅2:
𝐚𝟏 = 𝟎. 8490 × 𝟏𝟎–𝟑 ∅𝟏 = 𝟐 𝟏/𝟐" = 𝟕𝟓 𝐦𝐦
𝐚𝟐 = 𝟎. 3494 × 𝟏𝟎–3 ∅𝟐 = 3 " = 90 𝐦𝐦
VERIFICACION DE VELOCIDADES
𝑄𝑑
𝑉 =
𝜋 ∗ 𝐷2
4
Reemplazando en el diámetro en la ecuación:
0.6
m
< 𝑉 < 5
m
s s
0.0208
𝑽𝟏 =
𝜋 ∗ 0.06782 = 5.76
4
𝒎
; no cumple
𝒔
0.0208
𝐕𝟐 =
π ∗ 0.08142 =3.996
4
𝐦
; si cumple
𝐬

CALCULAMOS EL PUNTO DE CAMBIO
De la Fórmula:
Dónde:
𝐚𝟏 = 𝟎. 8490 × 𝟏𝟎–𝟑
𝐚𝟐 = 𝟎. 3494 × 𝟏𝟎–3
∆H = 100m
L = 890 m
Q = 20.8 lt/s
Reemplazamos:
100 − 𝟎.3494 × 𝟏𝟎–𝟑 ∗ (20.81.852) ∗ 1.05 ∗ 890
x =
20.81.852( 𝟎. 8490 × 𝟏𝟎–3 − 𝟎. 3494 × 𝟏𝟎–𝟑)
𝑥 = 71.4256 𝑚
PUNTO CRITICO
𝐽 = 𝑎1𝑥𝐿1𝑥𝑄𝑑1.852 + 𝑎2𝑥𝐿2𝑥𝑄𝑑1.852
𝐽 = 0.8490 ∗ 10–3𝑥890𝑥20.81.852 + 0.3494 ∗ 10–3𝑥0𝑥20.81.852
𝐽 = 208.617
∆𝐻 = 100m
𝐽 < ∆𝐻 , no cumple.
∆H − a2(Qd1.852) ∗ 1.05 ∗ L
x =
Qd1.852 × (a1 − a2)

CALCULO SEGUNDO INTENTO
Nuestro diseño se realizará en 2 tramos, el primer tramo será desde la captación hasta
nuestro punto crítico, siendo el segundo tramo desde el punto crítico hasta caja de
distribución
CALCULO PRIMER TRAMO:
Hallamos “a”:
∆H.
a =
L ∗ Qd1.852
Dónde: ∆H = 43m
L = 380 m
Qd = 20.8 lts/seg
Reemplazamos:
43.00
a =
380∗ 20.81.852
a = 4.0986 × 10–4

De este coeficiente de rugosidad obtenemos ∅1 y ∅2:
𝐚𝟏 = 0.8490 × 𝟏𝟎–3 ∅𝟏 = 𝟐 𝟏/𝟐" = 75𝐦𝐦
𝐚𝟐 = 𝟎. 3494 × 𝟏𝟎–3 ∅𝟐 = 3 " = 90𝐦𝐦
𝑄𝑑
𝑉 =
𝜋 ∗ 𝐷2
4
0.6
m
< 𝑉 < 5
m
s s
0.0208
𝑽𝟏 =
𝜋 ∗ 0.0672 = 5.89
4
𝒎
; no cumple
𝒔
0.0208
𝐕𝟐 =
π ∗ 0.08142 = 3.99
4
Se utilizara tubería de ∅𝟐 = 3 " = 90𝐦𝐦
𝐦
; si cumple
𝐬

De la Fórmula:
Dónde:
𝐚𝟏 = 0.8490 × 𝟏𝟎–3
𝐚𝟐 = 𝟎. 3494 × 𝟏𝟎–3
∆H = 43
L = 380 m
Q = 20.8 lt/s
Reemplazamos:
43 − 𝟎.3494× 𝟏𝟎–3 ∗ (20.81.852) ∗ 1.05 ∗ 380
x =
20.81.852( 𝟎. 8490 × 𝟏𝟎–3 − 𝟎.3494 × 𝟏𝟎–3)
X= 32.695
PUNTO CRITICO
𝐽 = 𝑎1𝑥𝐿1𝑥𝑄𝑑1.852 + 𝑎2𝑥𝐿2𝑥𝑄𝑑1.852
𝐽 = 0.8490∗ 10–3𝑥380𝑥20.81.852 + 0.3494 ∗ 10–3𝑥0𝑥20.81.852
𝐽 = 89.073𝑚
∆𝐻 = 43 𝑚
𝐽 < ∆𝐻 no cumple .
∆H − a2(Qd1.852) ∗ 1.05 ∗ L
x =
Qd1.852 × (a1 − a2)

CALCULO DEL SEGUNDO TRAMO
Hallamos “a”:
∆H.
a =
L ∗ Qd1.852
Dónde: ∆H = 57 m
L = 510 m
Qd = 20.8 lts/seg
Reemplazamos:
57
a =
510 ∗ 20.81.852
a = 4.0481 × 10–4
De este diámetro obtenemos ∅1 y ∅2:
∅𝟏 = 𝟐 𝟏/𝟐" = 𝟕𝟓𝐦𝐦 𝐚𝟏 = 𝟎. 𝟖𝟒𝟗 × 𝟏𝟎–𝟑
∅𝟐 = 3" = 90𝐦𝐦 𝐚𝟐 = 𝟎. 3494 × 𝟏𝟎–3

𝑄𝑑
𝑉 =
𝜋 ∗ 𝐷2
4
0.6
m
< 𝑉 < 5
m
s s
0.0208
𝑽𝟏 =
𝜋 ∗ 0.06782 = 𝟏. 𝟑
4
𝒎
; 𝒔𝒊 𝒄𝒖𝒎𝒑𝒍𝒆
𝒔
0.0208
𝐕𝟐 =
π ∗ 0.08142 = 3. 9
9
4
𝐦
; 𝐬𝐢 𝐜𝐮𝐦𝐩𝐥𝐞
𝐬
De la Fórmula:
Dónde:
𝐚𝟏 = 𝟎. 𝟖𝟒𝟗 × 𝟏𝟎–𝟑
𝐚𝟐 = 𝟎. 3494 × 𝟏𝟎–3
∆H = 5 7 m
L = 510 m
Q = 20.8 lt/s
Reemplazamos:
x =
57 − 𝟎. 3494 × 𝟏𝟎–3 ∗ (20.81.852) ∗ 1.05 ∗ 510
20.81.852(𝟎. 849 × 𝟏𝟎–𝟑 − 𝟎. 3494 × 𝟏𝟎–3)
𝑥 = 38.7299
∆H − a2(Qd1.852) ∗ 1.05 ∗ L
x =
Qd1.852 × (a1 − a2)

PUNTO CRITICO
𝐽 = 𝑎1𝑥𝐿1𝑥𝑄𝑑1.852 + 𝑎2𝑥𝐿2𝑥𝑄𝑑1.852
𝐽 = 0.8490 ∗ 10–3𝑥0𝑥20.81.852 + 0.3494 ∗ 10–3𝑥510𝑥20.81.852
𝐽 = 49.19 𝑚
∆𝐻 = 57 𝑚
𝐽 < ∆𝐻 , si cumple.

CONCLUSIONES
❖ Al hablar sobre este tema de líneas de conducción se debe tener en cuenta detalles
de los cuales uno de ellos es el trazo por el cual nuestro diseño donde va a pasar
para llegar al punto acordado.
❖ El terreno que fue asignado es arena arcillosa es un terreno trabajable ya que es
estable, se podrá hacer la excavación fácilmente a comparación de suelo arenoso
❖ Según la cota asignada se llegó a la conclusión de optar por la Dotación (Do)
220lt/hab/día ya Ucayali se encuentra a 120 msnm
❖ Se tomó como base de nuestro diseño tomar la tubería de clase 7.5
❖ Se hizo un cálculo de V=Q/A el cual nos hace verificar si algunos de estos diámetros
hallados por medio de los diámetros combinados cumplen o no con el rango mínimo
y el máximo de velocidad permitida en una tubería de PVC.
❖ Se tomó en cuenta que si en nuestro diseño el ‘’X’’ sale negativo se tomara toda la
longitud con el diámetro ∅𝟐.

RECOMENDACIONES
Es recomendable utilizar cámara rompe presión, pero a la vez saber dónde colocarlas
porque si se coloca antes de llegar a una subida no habría presión para que el agua suba
y así pueda seguir con su trayecto.
El material como es el PVC tiene sus ventajas con relación a otros tipos de tuberías tanto
como hablando como en economía, flexibilidad, durable, de muy poco peso y de una fácil
transportación y utilización; además que sus diámetros son comerciales hay desde 2pulg,
y que son fáciles de adquirir en cualquier tienda o supermercado.
Se recomienda visitar por lo menos una vez al mes el punto de captación, esto se hará
para detectar desperfectos u el estado de limpieza de la misma y para corregir algún
problema encontrado.
Revisar el buen funcionamiento de las válvulas, abrir y cerrar las válvulas lentamente
para evitar daño a la tubería debido a las altas presiones
Observar que no haya fuga o alguna ruptura, si existiera algunas de estas mencionadas
se tendrá que separarse y cambiarse; esta actividad se puede hacer cada cierto tiempo
de 3 meses.

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